CN110789568B - 一种基于列车运营场景的故障诊断方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于列车运营场景的故障诊断方法与系统，方法包括：获取日志信息；根据获取的日志信息复现运营场景；对运营场景进行故障问题定位；对定位到的故障进行分析诊断。本发明通过记录故障时车载设备相关外部连接设备的状态信息形成日志，使用服务器平台运行主控单元程序，进而复现故障场景并定位故障问题、分析故障原因。将包含外部连接设备数据信息的日志作为服务器平台的输入，完整复现了故障时的运营场景，提高了分析问题解决问题的效率。

Description

一种基于列车运营场景的故障诊断方法与系统

技术领域

本发明涉及轨道交通信号设备领域，特别涉及一种基于列车运营场景的故障诊断方法与系统。

背景技术

列车控制系统是保障铁路行车安全、提高运输效率的主要设备。城市轨道交通中的列车控制系统(ATC)分为计算机联锁、列车自动保护系统(ATP)、列车自动驾驶系统(ATO)、列车自动监控系统(ATS)和无线局域网系统(DCS)5个主要部分，车载信号设备是列车运行控制系统的关键设备之一。车载信号设备包括ATP与ATO，直接控制列车的运行，对列车安全运行起着重要作用。车载信号设备的主要功能为列车保护速度曲线计算以及防护、列车位置计算和列车自动驾驶。车载信号设备的性能是否良好直接关系到行车安全和线路运营的效率。车载信号设备智能维修日志包含列车运行中记录的ATP、ATO、平台等数据信息，其现有存储结构各不相同，而且数据中各项关联性规则也各异。

车载信号设备接口复杂，使用的传感器数量较多，属于故障率相对较高的子系统。为了降低设备的故障率，设备管理部门主要是靠计划性维护和事件性维护对设备状态进行管理。计划性维护主要是靠维护部门按照日计划、月计划、季度计划和年计划等周期性、定期的去执行相关设备的维护和故障排查。计划性维护属于主动维护，维护的成本与维护的频率以及维护的范围成比例。事件性维护主要是在设备发生故障后进行故障排查。计划性维护与事件性维护均需要依靠记录下来的车载信号设备的状态信息进行分析。

当出现故障进行维护和故障分析时，需要维护人员人工把记录着车载信号设备状态信息的日志下载下来并手动对其进行分析。

然而，这种维护方法存在着如下几点缺陷：

1)收集行车日志的过程需要耗费大量人力。维护人员需要登乘列车，使用专门的下载工具与软件进行行车日志下载作业。如果需要进行数据分析的目标列车数量较多，则需要维护人员依次登乘目标列车进行行车日志下载作业，这就大大的增加了维护人员的工作量。

2)现有技术中的车载信号设备对故障的打印是一条一条，在实际进行故障分析的时候根据单一的一条日志无法复现发生故障时的复杂环境与场景，不但对分析日志的维护人员经验要求较高，增加了研发人员分析问题的难度且误差也较大，进而导致工作效率较低。

鉴于此，为了提高工作人员的工作效率，提高故障分析的准确率，提出一种基于列车运营场景的故障诊断方法与系统，通过记录故障时车载设备相关外部连接设备的状态信息形成日志，使用PC平台运行主控单元程序，进而复现故障场景并定位故障问题、分析故障。将包含外部连接设备数据信息的日志作为PC平台的输入，完整复现了故障时的运营场景，提高了分析问题解决问题的效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于列车运营场景的故障诊断方法，所述方法包括：

获取日志信息；

根据获取的日志信息复现运营场景；

对运营场景进行故障问题定位；

对定位到的故障进行分析诊断。

进一步的，所述日志信息包括：运营场景日志信息和故障日志信息。

进一步的，所述运营场景日志信息包括：速度传感器记录的数据信息、加速度计记录的数据信息、接收到的通信数据、列车状态信息中的一种或多种。

进一步的，所述故障日志信息包括：系统启动消息、系统运行周期消息以及系统运行消息；

所述系统启动消息包括系统开始运行的年、月、日、时、分、秒；

所述系统运行周期消息为系统执行各个周期任务时，每周期任务开始，输出的一条日志；

所述系统运行消息为系统执行周期任务时，将以该任务的执行周期为单位，周期性记录相关数据的信息；所述系统运行消息包括：速度传感器的脉冲信息、加速度计的原始数据、接收到的通信数据、列车与车载信号系统的接口状态信息中的一种或多种。

进一步的，所述根据获取的日志信息复现运营场景包括：

读取所述日志信息，并对所述日志信息进行解析，解析得到的数据输入应用层软件，所述应用层软件对所述日志信息记录的运营场景进行复现。

进一步的，所述对运营场景进行故障问题定位包括：

在打印故障日志附近的程序处设置断点，单步运行程序，结合输入的所述数据对故障问题进行定位。

进一步的，所述对定位到的故障进行分析诊断包括：

根据所述日志信息中的每条数据记录的函数编号，将数据赋值到相应的接口函数中，由主循环程序获取相关信息、进行逻辑处理并输出故障信息。

本发明还提供了一种基于列车运营场景的故障诊断系统，所述系统包括：

日志获取单元，用于获取日志信息；

运营场景复现单元，用于根据获取的日志信息复现运营场景；

故障问题定位单元，用于对运营场景进行故障问题定位；

故障分析诊断单元，用于对定位到的故障进行分析诊断。进一步的，

进一步的，所述运营场景复现单元根据获取的日志信息复现运营场景包括：

读取所述日志信息，并对所述日志信息进行解析，解析得到的数据输入应用层软件，所述应用层软件对所述日志信息记录的运营场景进行复现。

进一步的，所述故障问题定位单元对运营场景进行故障问题定位包括：

在故障日志附近设置断点，单步运行程序，结合输入的所述数据对故障问题进行定位。

进一步的，所述故障分析诊断单元对定位到的故障进行分析诊断包括：

根据所述日志信息中数据记录的函数编号，将数据赋值到相应的接口函数中，由主循环程序获取故障日志信息，进行逻辑处理并输出故障信息产生的原因。

本发明提出的一种基于列车运营场景的故障诊断方法与系统，通过记录故障时车载设备相关外部连接设备的状态信息形成日志，使用服务器平台运行主控单元程序，进而复现故障场景并定位故障问题、分析故障原因。将包含外部连接设备数据信息的日志作为服务器平台的输入，完整复现了故障时的运营场景，提高了分析问题解决问题的效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明的一种基于列车运营场景的故障诊断方法流程示意图；

图2示出了本发明方法中根据获取的日志信息复现运营场景的流程示意图；

图3示出了本发明的一种基于列车运营场景的故障诊断系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了提高工作人员的工作效率，提高故障分析的准确率，本发明提出一种基于列车运营场景的故障诊断方法与系统，通过记录故障时车载设备相关外部连接设备的状态信息形成日志，使用PC平台运行主控单元程序，进而复现故障场景并定位故障问题、分析故障原因。

本发明可以通过将包含外部连接设备数据信息的日志作为PC平台的输入，完整复现了故障时的运营场景，提高了分析问题解决问题的效率。

如图1所示，示出了一种基于列车运营场景的故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤一：获取车载信号系统的日志信息。

具体为：服务器端，即PC平台通过读取车载信号系统中所记录的日志数据获取日志信息。

车载信号系统记录的数据包括用于复现运营场景的运营场景日志信息以及运营过程中发生的故障日志信息。

其中，用于复现运营场景的所述运营场景日志信息记录了所有从外部连接设备采集到的信息，具体包括速度传感器记录的脉冲数据信息、加速度计记录的数据信息、接收到的通信数据、列车状态信息等。

所述故障日志信息包括：系统启动消息、系统运行周期消息以及系统运行消息；具体的，所述系统启动消息包括系统开始运行的年、月、日、时、分、秒；

所述系统运行周期消息为系统执行各个周期任务时，每周期任务开始，输出的一条日志；

所述系统运行消息为系统执行周期任务时，将以该任务的执行周期为单位，周期性记录相关数据的信息；所述系统运行消息包括：速度传感器的脉冲信息、加速度计的原始数据信息、接收到的通信数据、列车与车载信号系统的接口状态信息中的一种或多种。

为了区分运营场景日志信息以及故障日志信息，应用层软件中设计了相应的通信协议。同时，针对系统应用层的接口函数，专门设计了记录获取数据的函数，周期记录相关数据。示例性的，接口函数具体为：获取CAN数据接口函数，获取IO量接口函数，获取系统时间函数等，但是不仅仅限于上述接口函数。

示例性的，本实施例中的应用层软件为CBTC2.0系统应用层软件。

CBTC系统(Communication Based Train Control System)是基于无线通信与计轴的列车自动控制系统。它是用无线通信媒体来实现列车和地面设备的双向通信，用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。CBTC的突出优点是可以实现车—地之间的双向通信，并且传输信息量大，传输速度快，很容易实现移动自动闭塞系统，大量减少区间敷设电缆，减少一次性投资及减少日常维护工作，可以大幅度提高区间通过能力，灵活组织双向运行和单向连续发车，容易适应不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运行控制等等。在CBTC中不仅可以实现列车运行控制，而且可以综合成为运行管理，因为双向无线通信系统，既可以有安全类信息双向传输，也可以双向传输非安全类信息，例如车次号、乘务员班组号、车辆号、运转时分、机车状态、油耗参数等等大量机车、工务、电务等有关信息。利用CBTC既可以实现固定自动闭塞系统(CBTC-FAS)，也可以实现移动自动闭塞系统(CBTC-MAS)。在CBTC应用中的关键技术是双向无线通信系统、列车定位技术、列车完整性检测等。

示例性的，列车在行驶之前，司机会用钥匙或者其他工具作为启动列车的标志，当启动列车之后，列车上的车载信号系统会开始记录列车的行驶信息数据，所记录的行驶信息数据主要包括用于复现运营场景的运营场景日志信息以及运营过程中发生的故障日志信息，当列车一个周期行驶结束之后，司机会将钥匙或者其他工具取下，作为周期结束的标志。

在记录用于复现运营场景的运营场景日志信息时，通过记录列车上安装的速度传感器的脉冲数据信息、加速度计记录的列车行驶过程中的加速度数据信息、列车在行驶过程中接收到的通信数据信息以及列车在行驶过程中的速度、位置等状态信息。

在记录用于定位故障问题、分析运营场景中发生的故障日志信息时，车载信号系统主要记录三种信息，分别为：系统启动消息、系统运行周期消息以及系统运行消息。

其中，所述系统启动消息包括系统开始运行的年、月、日、时、分、秒，所记录的启动消息即为每一周期开始运行的标志。

其中，所述系统运行周期消息为系统执行各个周期任务时，每周期任务开始，输出的一条日志，每输出一条周期日志代表车载信号系统在记录一个新的周期即列车在进行一个新的周期的动作。

其中，所述系统运行消息为系统执行周期任务时，将以该任务的执行周期为单位，周期性记录相关数据的信息；所述系统运行消息包括：速度传感器的脉冲信息、加速度计的原始数据、接收到的通信数据、列车与车载信号系统的接口状态信息。

一个车载信号系统记录的日志文件系信息可以包含一次运营场景数据也可以包含多次运营场景数据。

步骤二：根据获取的日志信息复现运营场景。

具体为：PC平台读取所述日志信息，并对所述日志信息进行解析，解析得到的数据输入应用层软件，所述应用层软件对所述日志信息记录的运营场景进行复现。

示例性的，当通过PC平台读取完成日志数据之后，通过查找日志中的系统启动信息可以将一个日志文件分割为多个单程的文件，即，将多次运营数据进行分割成多个单次的运营数据，进而挑选某个单程的运营数据进行复现。

如图2所示：PC平台读取所述日志信息，一旦读取失败就重新读取，直至读取完成，当读取完成日志信息之后，PC平台首先查找系统启动消息并记下相应的时间；同时执行系统初始化程序；然后读取系统运行周期消息和系统运行消息并记录时间戳；开始运行应用层程序，周期执行应用层主函数；接着通过对日志中速度传感器记录的数据信息、加速度计记录的数据信息、接收到的通信数据、列车状态信息等信息进行读取，以读取复现数据；判断是否读取完成，若读取完成便对数据进行解析，解析得到的数据作为应用层软件的输入数据，应用层软件用来模拟车载主机在实际运营中的情景，对当时的运营场景进行模拟重现；若读取失败则重新读取系统运行消息记录时间戳，然后重复上述步骤，直至读取完成。

步骤三：对运营场景进行故障问题定位，并进行分析诊断。

具体的，在打印故障日志附近的程序处设置断点，通过单步运行程序，进行调试，结合步骤二中解析得到的数据，跟踪执行程序执行的流程，找到执行过程中产生错误的原因，对故障问题进行定位。

通过在打印故障日志附近的程序处设置断点，能够将存储有多个运营场景数据的日志文件分割为多个单程的文件，进而便于快速挑选出产生故障的单程运营数据进行复现，提高分析效率。

当PC平台的系统模拟出车载系统重现故障发生时列车运营场景的时候，PC平台的系统将会首先查找故障日志信息中的系统启动消息并记下相应的时间，同时执行PC平台的系统初始化程序，然后读取故障日志信息中的系统运行周期消息和故障日志信息中的系统运行消息，周期执行PC平台的系统中应用层主函数，示例性的，应用层主函数采用CBTC2.0系统主函数。通过PC平台打印出的故障日志复现故障场景进而定位问题并分析故障原因。

更进一步的，在PC平台的系统进行列车行驶过程中的运营场景的复现和故障诊断的时候，在读取到故障日志信息中的系统运行周期消息后，会对所述系统运行周期消息中的时间戳进行记录，并以所记录的时间戳为基准，根据主循环程序所执行的主循环任务的运行周期依次累加，将模拟出的运营场景的时间戳与读取到的日志信息中的时间戳进行对比，以保证输入数据的连续性，进而确保模拟的数据的真实性，以及分析出的结果的准确性。

通过对故障日志的数据信息进行读取，能够便于准确复现列车的运营场景以及快速定位故障问题以及分析出故障发生的原因。

为了实现一种基于列车运营场景的故障诊断方法，设置一种基于列车运营场景的故障诊断系统，如图3所示，所述系统包括：

日志获取单元，用于获取日志信息；

运营场景复现单元，用于根据获取的日志信息复现运营场景；

故障问题定位单元，用于对运营场景进行故障问题定位；

故障分析诊断单元，用于对定位到的故障进行分析诊断。

更进一步的，所述运营场景复现单元根据获取的日志信息复现运营场景包括：

读取所述日志信息，并对所述日志信息进行解析，解析得到的数据输入应用层软件，所述应用层软件对所述日志信息记录的运营场景进行复现。

更进一步的，所述故障问题定位单元对运营场景进行故障问题定位包括：

在故障日志附近设置断点，单步运行程序，结合输入的所述数据对故障问题进行定位。

更进一步的，所述故障分析诊断单元对定位到的故障进行分析诊断包括：

根据所述日志信息中数据记录的函数编号，将数据赋值到相应的接口函数中，由主循环程序获取故障日志信息，进行逻辑处理并输出故障信息产生的原因。

在使用本发明提出的列车运营场景复现和故障诊断的方法与系统的过程中，能够不受车载信号系统任务执行周期的限制，运行复现列车运营场景和故障定位及诊断的速度由服务器端的执行周期决定。一般PC机的机器周期比较短，一天的运行复现日志通过PC平台的运行复现和故障诊断系统，2～3个小时即可复现完成。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于列车运营场景的故障诊断方法，其特征在于：所述方法包括：

获取日志信息，所述日志信息由含车载设备相关外部连接设备的状态信息形成；

根据获取的日志信息复现运营场景；所述根据获取的日志信息复现运营场景具体为：PC平台读取所述日志信息，并对所述日志信息进行解析，解析得到的数据输入应用层软件，所述应用层软件对所述日志信息记录的运营场景进行复现；

对运营场景进行故障问题定位，包括：在打印故障日志附近的程序处设置断点，单步运行程序，结合输入的所述数据对故障问题进行定位；

对定位到的故障进行分析诊断，包括：根据所述日志信息中的每条数据记录的函数编号，将数据赋值到相应的接口函数中，由主循环程序获取相关信息、进行逻辑处理并输出故障信息。

2.根据权利要求1所述的基于列车运营场景的故障诊断方法，其特征在于：

所述日志信息包括：运营场景日志信息和故障日志信息。

3.根据权利要求2所述的基于列车运营场景的故障诊断方法，其特征在于：

所述运营场景日志信息包括：速度传感器记录的数据信息、加速度计记录的数据信息、接收到的通信数据、列车状态信息中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的基于列车运营场景的故障诊断方法，其特征在于：

所述故障日志信息包括：系统启动消息、系统运行周期消息以及系统运行消息；

所述系统启动消息包括系统开始运行的年或月或日或时或分或秒；

所述系统运行周期消息为系统执行各个周期任务时，每周期任务开始，输出的一条日志；

所述系统运行消息为系统执行周期任务时，将以该任务的执行周期为单位，周期性记录相关数据的信息；所述系统运行消息包括：速度传感器的脉冲信息、加速度计的原始数据、接收到的通信数据、列车与车载信号系统的接口状态信息中的一种或多种。

5.一种基于列车运营场景的故障诊断系统，其特征在于：

所述系统包括：

日志获取单元，用于获取日志信息，所述日志信息由含车载设备相关外部连接设备的状态信息形成；

运营场景复现单元，用于根据获取的日志信息复现运营场景，所述根据获取的日志信息复现运营场景具体为：PC平台读取所述日志信息，并对所述日志信息进行解析，解析得到的数据输入应用层软件，所述应用层软件对所述日志信息记录的运营场景进行复现；

故障问题定位单元，用于对运营场景进行故障问题定位；

故障分析诊断单元，用于对定位到的故障进行分析诊断；

所述故障问题定位单元对运营场景进行故障问题定位包括：

在故障日志附近设置断点，单步运行程序，结合输入的所述数据对故障问题进行定位；

所述故障分析诊断单元对定位到的故障进行分析诊断包括：

根据所述日志信息中数据记录的函数编号，将数据赋值到相应的接口函数中，由主循环程序获取故障日志信息，进行逻辑处理并输出故障信息产生的原因。

6.根据权利要求5所述的基于列车运营场景的故障诊断系统，其特征在于：

所述日志信息包括：运营场景日志信息和故障日志信息。

7.根据权利要求6所述的基于列车运营场景的故障诊断系统，其特征在于：

所述运营场景日志信息包括：速度传感器记录的数据信息、加速度计记录的数据信息、接收到的通信数据、列车状态信息中的一种或多种。

8.根据权利要求6所述的基于列车运营场景的故障诊断系统，其特征在于：

所述故障日志信息包括：系统启动消息、系统运行周期消息以及系统运行消息；

所述系统启动消息包括系统开始运行的年或月或日或时或分或秒；

所述系统运行周期消息为系统执行各个周期任务时，每周期任务开始，输出的一条日志；

所述系统运行消息为系统执行周期任务时，将以该任务的执行周期为单位，周期性记录相关数据的信息；所述系统运行消息包括：速度传感器的脉冲信息、加速度计的原始数据、接收到的通信数据、列车与车载信号系统的接口状态信息中的一种或多种。

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